特許 6702485 ウェーハ外周歪みの評価方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B1)

(11)【特許番号】6702485

(24)【登録日】2020年5月11日

(45)【発行日】2020年6月3日

(54)【発明の名称】ウェーハ外周歪みの評価方法

(51)【国際特許分類】

   H01L 21/66 20060101AFI20200525BHJP

   G01B 11/16 20060101ALI20200525BHJP

【ＦＩ】

   H01L21/66 P

   G01B11/16 Z

【請求項の数】5

【全頁数】9

(21)【出願番号】特願2019-98862(P2019-98862)

(22)【出願日】2019年5月27日

【審査請求日】2019年8月20日

【早期審査対象出願】

(73)【特許権者】

【識別番号】000190149

【氏名又は名称】信越半導体株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100102532

【弁理士】

【氏名又は名称】好宮 幹夫

(74)【代理人】

【識別番号】100194881

【弁理士】

【氏名又は名称】小林 俊弘

(72)【発明者】

【氏名】安藤 裕士

【審査官】 古川 哲也

(56)【参考文献】

【文献】 国際公開第２０１７／０７８１２７（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 特開２００７−１１５８７０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００２−３４０７９４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０８−０６８６１９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１９−２０４９１２（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０１Ｌ ２１／６４ − ２１／６６

Ｃ３０Ｂ ２９／０６

Ｇ０１Ｂ １１／１６

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

表面に多結晶膜が形成されたウェーハの外周歪みの評価方法であって、
前記表面に多結晶膜が形成されたウェーハとして、シリコン単結晶基板の表面に多結晶膜が形成されたウェーハを用い、
前記多結晶膜の表面を除去する前処理をし、
その後、前記ウェーハの外周の裏面から赤外レーザーを入射させ、
前記ウェーハを透過した後の前記赤外レーザーの偏光度から前記ウェーハの外周歪みを評価することを特徴とするウェーハの外周歪みの評価方法。

【請求項2】

前記前処理を、研磨、及び／又は、エッチングにより行うことを特徴とする請求項１に記載のウェーハの外周歪みの評価方法。

【請求項3】

前記前処理を、研磨により行い、表面を厚さ０．２μｍ以上研磨除去することを特徴とする請求項２に記載のウェーハの外周歪みの評価方法。

【請求項4】

前記前処理を、エッチングにより行い、表面を厚さ０．５μｍ以上エッチング除去することを特徴とする請求項２に記載のウェーハの外周歪みの評価方法。

【請求項5】

前記前処理を、気相エッチング、及び／又は、液相エッチングで行うことを特徴とする請求項２又は４に記載のウェーハの外周歪みの評価方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、ウェーハ外周歪みの評価方法に関する。

【背景技術】

【0002】

一般的に枚葉式エピタキシャルウェーハ製造装置を用いて、研磨後のウェーハ上にエピタキシャル層を成長する場合、ウェーハとサセプタの接触部にかかる熱応力などによってウェーハ外周部に歪みが生じる。この歪みの評価方法として、ウェーハの裏面から赤外レーザーを入射し、ウェーハ透過後の偏光度から歪みを検出する手法が用いられている（特許文献１）。本評価において、ウェーハに歪みがある場合入射光の偏光度は大きくなるため、その偏光度から歪みを検出できる。これまで、エピタキシャルウェーハで本測定を行う際、エピタキシャル層を成長したウェーハをそのまま測定を行っていた。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２０１２−０１９２１６号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

一方、多結晶膜（Ｐｏｌｙ膜）を成長させたウェーハにおいても枚葉式エピタキシャルウェーハ製造装置を用いて成長を行うため、その成長過程においてエピタキシャルウェーハと同様の原理でウェーハの外周部に歪みが生じる。この多結晶膜を成長させたウェーハの歪み評価においてもエピタキシャルウェーハと同様の評価方法を用いたが、多結晶膜が形成されたウェーハは多結晶膜の結晶方位が不規則であることなどから、特に外周部でのノイズの影響を受けやすく、従来の測定方法の適用が困難であった。そのため、多結晶膜が形成されたウェーハの歪みの評価手法の確立を要していた。

【0005】

本発明は、上記問題を解決するためになされたものであり、表面に多結晶膜が形成されたウェーハの外周歪みの高精度な評価方法を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本発明は、上記目的を達成するためになされたものであり、表面に多結晶膜が形成されたウェーハの外周歪みの評価方法であって、前記多結晶膜の表面を除去する前処理をし、その後、前記ウェーハの外周の裏面から赤外レーザーを入射させ、前記ウェーハを透過した後の前記赤外レーザーの偏光度から前記ウェーハの外周歪みを評価するウェーハの外周歪みの評価方法を提供する。

【0007】

このような評価方法によれば、測定時の外周部のノイズの影響を低減でき、多結晶膜が形成されたウェーハの外周歪みを正確に評価することができる。

【0008】

このとき、前記前処理を、研磨、及び／又は、エッチングにより行うことができる。

【0009】

これにより、前記多結晶膜表面の平滑化、及び／又は、前記多結晶膜の表面膜厚の薄膜化ができ、測定時の外周部のノイズの影響を低減でき、多結晶膜が形成されたウェーハの外周歪み評価を効果的かつ高精度で実施できる。

【0010】

このとき、前記前処理を、研磨により行い、表面を厚さ０．２μｍ以上研磨除去することとすることができる。

【0011】

研磨量を前記範囲にすることで、測定時の外周部のノイズの影響をより効果的に低減でき、多結晶膜が形成されたウェーハの外周歪み評価をより高精度で実施できる。

【0012】

また、前記前処理を、エッチングにより行い、表面を厚さ０．５μｍ以上エッチング除去することとすることができる。

【0013】

エッチング除去量を前記範囲にすることで、測定時の外周部のノイズの影響をより効果的に低減でき、多結晶膜が形成されたウェーハの外周歪み評価をより高精度で実施できる。

【0014】

前記前処理を、気相エッチング、及び／又は、液相エッチングで行うことができる。

【0015】

これにより、測定時の外周部のノイズの影響を低減でき、多結晶膜が形成されたウェーハの外周歪み評価を簡便に実施できる。

【発明の効果】

【0016】

以上のように、本発明の、表面に多結晶膜が形成されたウェーハの外周歪みの評価方法によれば、前処理を行うことにより、測定時の外周部のノイズの影響を低減でき、多結晶膜が形成されたウェーハの外周歪み評価を高精度で実施することが可能になる。

【図面の簡単な説明】

【0017】

【図1】枚葉式エピタキシャルウェーハ製造装置の概略を示す。

【図2】歪み測定装置の構成を示す。

【図3】ウェーハの平面図であり、測定除外領域と、測定領域とを示す。

【発明を実施するための形態】

【0018】

以下、本発明を詳細に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。

【0019】

上述のように、表面に多結晶膜が形成されたウェーハの外周歪みの評価方法において、測定時の外周部のノイズの影響を低減し、多結晶膜が形成されたウェーハの外周歪みを正確に評価する方法が求められていた。

【0020】

本発明者らは、上記課題について鋭意検討を重ねた結果、表面に多結晶膜が形成されたウェーハの外周歪みの評価方法であって、前記多結晶膜の表面を除去する前処理をし、その後、前記ウェーハの外周の裏面から赤外レーザーを入射させ、前記ウェーハを透過した後の前記赤外レーザーの偏光度から前記ウェーハの外周歪みを評価するウェーハの外周歪みの評価方法により、外周部のノイズの影響を低減し、多結晶膜が形成されたウェーハの外周歪みを正確に評価できることを見出し、本発明を完成した。

【0021】

以下、図面を参照して説明する。

【0022】

本発明に係るウェーハ外周歪みの評価方法が対象とする多結晶膜が形成されたウェーハはどのような方法で製造されたものでもよい。例えば、以下に述べるエピタキシャルウェーハ製造装置を用いて製造することができる。

【0023】

先ず、図１を参照して枚葉式エピタキシャルウェーハ製造装置の構成を説明する。図１のエピタキシャルウェーハ製造装置１は、シリコン単結晶基板等のウェーハＷが１枚ずつ投入されて、投入された１枚のウェーハＷの主表面上にシリコン単結晶膜や多結晶シリコン膜等の膜を気相成長させる装置である。詳しくは、エピタキシャルウェーハ製造装置１は、処理対象となるウェーハＷが投入される反応炉２と、反応炉２内に配置されて投入されたウェーハＷを水平に支持するサセプタ３と、反応炉２を囲むように配置されて反応炉２内を加熱する加熱部６とを含んで構成される。

【0024】

サセプタ３は例えば炭化ケイ素（ＳｉＣ）によりコーティングされた黒鉛からなり、円盤状の形状である。サセプタ３の上面には、ウェーハＷを水平に載置するための、ウェーハＷの径よりも数ミリ程度大きい凹形状（平面視で円状）のポケット部３ａが形成されている。ポケット部３ａの深さは、ウェーハＷの厚さと同程度となっている。図１の例では、ポケット部３ａは、ウェーハＷの外周部は接触するがそれ以外の部分は接触しないように底面が段差形状に形成されているが、ウェーハＷの裏面の全部がポケット部３ａの底面に接触するように形成されてもよい。サセプタ３はその中心軸回りに回転可能に設けられる。

【0025】

反応炉２の一端側には、反応炉２内のウェーハＷの主表面上に各種ガスを供給するためのガス供給口４が形成されている。また、反応炉２の、ガス供給口４と反対側には、ウェーハＷの主表面上を通過したガスを排出するためのガス排出口５が形成されている。加熱部６は、例えば反応炉２の上下それぞれに設けられたハロゲンランプとすることができる。

【0026】

次に、図２を参照して、ウェーハの外周歪みを測定する装置の構成を説明する。図２の測定装置１０は、ＳＩＲＤ（Ｓｃａｎｎｉｎｇ Ｉｎｆｒａｒｅｄ Ｄｅｐｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎ）を原理とした装置として構成されている。詳しくは、測定装置１０は、測定対象のウェーハＷの歪み測定部位に赤外レーザー３１を入射させるレーザー発生部１１と、赤外レーザー３１が入射されたウェーハＷから透過してくる光３２の偏光成分（Ｐ偏光成分、Ｓ偏光成分）を検出する検出部１２と、検出部１２で検出した偏光成分に基づいて偏光度の変化（偏光変位量）を算出し、その偏光度の変化に基づいて歪みの位置及び歪み量の算出等の処理を行う処理部１３とを備えている。

【0027】

次に、本実施形態の歪み評価の手順を説明する。先ず、歪みの評価対象のウェーハを準備する。準備するウェーハとして表面に多結晶シリコン膜を形成したウェーハを準備する。多結晶シリコン膜は例えば図１に例示する枚葉式エピタキシャルウェーハ製造装置１を用いて形成すればよい。この場合、例えばシリコン単結晶基板として構成されたウェーハＷをサセプタ３のポケット部３ａに載置した状態で、加熱部６によりウェーハＷを所定温度に加熱しつつ、ガス供給口４から多結晶シリコン膜の原料となるガス（例えばトリクロロシラン）及びキャリアガス（例えば水素ガス）を反応炉２内に供給して、ウェーハＷの表面に所定膜厚の多結晶シリコン膜を成長させる。これにより、表面に多結晶シリコン膜を有したウェーハＷが得られる。

【0028】

次に、ウェーハＷの多結晶シリコン膜の表面を除去する、前処理を行う。除去の方法は限定されない。ウェーハＷの多結晶シリコン膜の表面を除去することによって、測定時の外周部のノイズの影響を低減でき、ウェーハの外周歪みの評価を正確に行うことができる。

【0029】

例えば、ウェーハＷの多結晶シリコン膜の表面を研磨、及び／又は、エッチングにより除去し、歪み測定を行う。歪み測定の前に研磨を行うことで、多結晶シリコン膜の表面を平滑化し、測定時の外周部のノイズの影響を低減でき、ウェーハの外周歪みの評価を正確に行うことができる。また、歪み測定の前にエッチングを行うことで、多結晶シリコン膜の表面膜厚を薄膜化し、測定時の外周部のノイズの影響を低減でき、ウェーハの外周歪みの評価を正確に行うことができる。

【0030】

研磨により多結晶膜の表面の除去を行う場合、研磨で除去する厚さを０．２μｍ以上とし、エッチングにより行う場合、エッチングで除去する厚さを０．５μｍ以上とすることで、より効果的にノイズの影響を低減でき、評価をより正確に行うことができる。また、多結晶膜表面の除去量の上限は特に限定されないが、スループット（生産性）の観点から１０μｍ程度とすることが好ましい。

【0031】

ここで、研磨の方法は、公知の基板研磨方法を採用することができる。また、エッチングは、気相エッチングや液相エッチングを採用することができるが、表面を除去することができれば、どのような方法で実施してもよい。例えば、気相エッチングの場合、エッチングガスとして塩化水素を使うことができ、液相エッチングの場合、エッチング液としてフッ酸や硝酸を使うことができる。

【0032】

歪みの測定においては、サセプタ３と接触する裏面外周部に歪みが発生しやすいので、赤外レーザー３１をウェーハＷの裏面外周部に入射させる。

【0033】

また、ウェーハＷにおける歪み測定領域２２（図３参照）は、ウェーハＷの外周部を含む領域とし、具体的には、測定除外領域２１の内周側の境界線から径方向に所定幅（例えば４ｍｍの幅）の領域とする。歪み測定領域２２は、ウェーハＷの最外周２０内部の円周方向に全周に亘る領域（つまりリング状の領域）としてもよいし、円周方向の一部領域としてもよい。そして、赤外レーザー３１の入射位置を、歪み測定領域２２内でスキャン（走査）することで、歪み測定領域２２における歪み位置及び歪み量を評価する。

【実施例】

【0034】

以下、実施例を挙げて本発明について詳細に説明するが、これは本発明を限定するものではない。

【0035】

（実施例１）
まず、表面の研磨によるウェーハ外周部の歪みの測定手法において、従来の測定対象であったエピタキシャルウェーハと多結晶膜を研磨によって除去した多結晶膜が形成されたウェーハそれぞれの外周歪み量を測定し、歪み量の一致率について調査した。

【0036】

ウェーハの直径は３００ｍｍであり、エピタキシャルウェーハは枚葉式エピタキシャルウェーハ製造装置によって反応し作製した。エピタキシャルウェーハ製造装置の反応炉内のサセプタにウェーハを１枚ずつ投入し、加熱部によりウェーハを所定温度（１１００℃）に加熱しつつ、ガス供給口から原料となるガス（トリクロロシラン）やキャリアガス（水素）を供給することで、投入されたウェーハの表面上に膜厚が５μｍのシリコン単結晶膜を気相成長させた。一方、多結晶膜が形成されたウェーハについてもエピタキシャルウェーハと同様の装置を用いて反応するが、加熱温度が２段階になっているのが特徴である。１層目の反応は低温（９００℃）で行い、２層目は高温（１１００℃）で行うことで膜厚が５μｍの多結晶膜を成長させた。その後、下記表１に示す除去量で、多結晶膜の表面を研磨除去する前処理を行った。

【0037】

本実施例では、エピタキシャルウェーハと多結晶膜が形成されたウェーハの歪みの一致率を比較したが、ウェーハ外周部の歪みの発生場所はサセプタ等の部材に起因しているため、反応条件の多少の違いでは発生場所は変わらないことが分かっている。そのため、エピタキシャルウェーハで歪みが発生する場所に対して、多結晶膜が形成されたウェーハでの発生場所がどれくらい一致するかを評価した。表１に多結晶膜表面の研磨除去量と歪み量の一致率の関係を示す。

【0038】

外周部の歪みの測定での測定領域は、最外周の０．５ｍｍを測定除外領域として歪み測定幅を４ｍｍとした。測定間隔は周方向２ｍｍ、径方向１ｍｍである。

【0039】

（比較例１）
多結晶膜表面を研磨除去しなかった（除去量０μｍ）こと以外の条件は実施例１と同様として評価を行った。その結果、一致率は４２％であり一致率が十分ではなかった。

【0040】

表１のように、研磨による多結晶膜の除去量を、０．１μｍ、０．２μｍ、０．４μｍ、０．８μｍ、１．６μｍ、４．０μｍとしたウェーハを作製し、歪み発生量の一致率を比較した。その結果、多結晶膜表面の研磨除去量を０．１μｍとすると一致率は７８％となり、０．２μｍ以上にすることで一致率はさらに向上し、９０％以上になった。多結晶膜表面の研磨除去量が０．２μｍ以上で一致率が９０％以上となったことから、外周部のノイズが除去でき高精度に歪み量を評価可能である。

【0041】

以上のとおり、本発明の実施例によれば、多結晶膜が形成されたウェーハの外周歪み評価を高精度で実施できた。

【0042】

【表1】

【0043】

（実施例２）
気相エッチングにより多結晶膜表面の除去を行い、ウェーハ外周部の歪みの評価を行った。実施例１の多結晶膜の表面を０．８μｍ研磨した多結晶膜が形成されたウェーハと、多結晶膜をエッチングによって除去した多結晶膜が形成されたウェーハそれぞれの外周歪み量を測定し、歪み量の一致率について調査した。

【0044】

多結晶膜が形成されたウェーハの作製方法は実施例１と同様であり、気相エッチングはエピタキシャルウェーハ製造装置の反応炉内での多結晶膜成長後に、上記反応炉内にエッチングガス（塩化水素）を供給することで行った。表２に多結晶膜表面の気相エッチング除去量と歪み量の一致率の関係を示す。

【0045】

外周部の歪みの測定での測定領域は、実施例１と同様である。

【0046】

（実施例３）
液相エッチングにより多結晶膜表面の除去を行い、ウェーハ外周部の歪みの評価を行った。実施例１の多結晶膜の表面を０．８μｍ研磨した多結晶膜が形成されたウェーハと、多結晶膜をエッチングによって除去した多結晶膜が形成されたウェーハそれぞれの外周歪み量を測定し、歪み量の一致率について調査した。

【0047】

多結晶膜が形成されたウェーハの作製方法は実施例１と同様であり、液相エッチングはウェーハを反応炉から取り出した後にエッチング液（フッ酸）を用いて行った。表３に多結晶膜表面の液相エッチング除去量と歪み量の一致率の関係を示す。

【0048】

外周部の歪みの測定での測定領域は、実施例１と同様である。

【0049】

（比較例２）
多結晶膜表面を除去しなかった（除去量０μｍ）こと以外の条件は実施例１と同様とした場合の一致率は４５％であり一致率が十分ではなかった。

【0050】

表２のように、気相エッチングによる多結晶膜の除去量を０．２μｍ、０．４μｍ、０．５μｍ、１．０μｍ、１．５μｍ、３．０μｍとしたウェーハを作製し、歪み発生量の一致率を比較した。その結果、多結晶膜表面のエッチング除去量を０．２μｍ以上とすると一致率は６０％以上となり、０．５μｍ以上とすることで一致率はさらに向上し、９０％以上となった。多結晶膜表面のエッチング除去量が０．５μｍ以上で一致率が９０％以上となったことから、外周部のノイズが除去でき高精度に歪み量を評価可能である。

【0051】

【表2】

【0052】

表３のように、液相エッチングによる多結晶膜の除去量を０．２μｍ、０．４μｍ、０．５μｍ、１．０μｍ、１．５μｍ、３．０μｍとしたウェーハを作製し、歪み発生量の一致率を比較した。その結果、多結晶膜表面のエッチング除去量を０．２μｍ以上とすると一致率は６０％以上となり、０．５μｍ以上とすることで一致率はさらに向上し、９０％以上となった。多結晶膜表面のエッチング除去量が０．５μｍ以上で一致率が９０％以上となったことから、外周部のノイズが除去でき高精度に歪み量を評価可能である。

【0053】

【表3】

【0054】

なお、本発明は、上記実施形態に限定されるものではない。上記実施形態は例示であり、本発明の特許請求の範囲に記載された技術的思想と実質的に同一な構成を有し、同様な作用効果を奏するものは、いかなるものであっても本発明の技術的範囲に包含される。

【符号の説明】

【0055】

Ｗ…ウェーハ、１…枚葉式エピタキシャルウェーハ製造装置、２…反応炉、
３…サセプタ、３ａ…ポケット部、４…ガス供給口、５…ガス排出口、６…加熱部、
１０…測定装置、１１…レーザー発生部、１２…検出部、１３…処理部、
２０…ウェーハの最外周、２１…測定除外領域（評価除外領域）、２２…歪み測定領域、
３１…赤外レーザー、３２…透過してくる光。

【要約】

【課題】
表面に多結晶膜が形成されたウェーハの外周歪みを高精度で評価する方法を提供することを目的とする。
【解決手段】
表面に多結晶膜が形成されたウェーハの外周歪みの評価方法であって、前記多結晶膜の表面を除去する前処理をし、その後、前記ウェーハの外周の裏面から赤外レーザーを入射させ、前記ウェーハを透過した後の前記赤外レーザーの偏光度から前記ウェーハの外周歪みを評価するウェーハの外周歪みの評価方法。
【選択図】図２

【図1】

【図2】

【図3】